화학자들은 RNA가 처음으로 어떻게 번식했을지 재현했습니다.

UCL과 MRC 분자생물학 연구실의 화학자들은 RNA(리보핵산)가 초기 지구에서 어떻게 스스로를 복제했을 수 있는지 보여주었습니다. 이는 생명의 기원에서 중요한 과정입니다.

과학자들은 가장 초기의 생명체에서는 유전 물질이 RNA 가닥을 통해 운반되고 복제되었으며, 나중에 DNA와 단백질이 나타나서 그 역할을 대신했을 것이라고 믿고 있습니다.

하지만 실험실에서 RNA 가닥을 간단한 방법, 즉 생명의 시작 단계에서 일어날 수 있는 방식으로 복제하는 것은 쉽지 않았습니다. RNA 가닥은 이중나선 구조로 압축되어 복제를 차단합니다. 벨크로처럼, 이 구조는 분리하기 어렵고 빠르게 다시 결합하기 때문에 복제할 시간이 없습니다.

Nature Chemistry 에 게재된 한 연구에서 연구진은 물에 세 글자로 구성된 "트리플렛" RNA 구성 요소를 넣고 산과 열을 가하여 이중 나선 구조를 분리함으로써 이 문제를 해결했습니다. 그런 다음 용액을 중화하고 얼렸습니다. 얼음 결정 사이의 액체 틈에서 트리플렛 구성 요소가 RNA 가닥을 코팅하여 다시 결합하는 것을 막아 복제가 가능해지는 것을 확인했습니다.

해동하고 다시 주기를 시작함으로써 pH와 온도가 반복적으로 변했는데, 이는 자연에서 일어날 수 있는 일이며, RNA가 계속해서 복제될 수 있게 했고, RNA 가닥은 생물학적 기능을 수행하고 생명의 기원에 역할을 할 만큼 충분히 길어졌습니다.

이 연구를 이끈 필립 홀리거 박사(MRC 분자생물학 연구소)는 이렇게 말했습니다. "생명은 정보에 의해 순수한 화학 반응과 분리됩니다. 정보란 유전 물질에 암호화되어 한 세대에서 다음 세대로 전달되는 분자 기억입니다. 이 과정이 일어나기 위해서는 정보가 복제, 즉 복사되어 전달되어야 합니다."

주저자인 제임스 애트워터 박사(UCL 화학 및 MRC 분자생물학 연구실)는 이렇게 말했습니다. "복제는 생물학의 기본입니다. 어떤 의미에서는 복제가 우리가 존재하는 이유이기도 합니다. 하지만 생물학에서 최초의 복제자의 흔적은 찾을 수 없습니다.

"모든 알려진 생명체의 조상인 단세포 유기체, 즉 마지막 공통 조상(LUCA)조차도 매우 복잡한 존재이며, 그 뒤에는 우리에게 알려지지 않은 많은 진화적 역사가 숨어 있습니다.

"우리의 가장 유력한 추측은 초기 생명체가 RNA 분자에 의해 움직였다는 것입니다. 하지만 이 가설의 큰 문제점은 수십억 년 전 생명이 시작되기 전에 일어났을 법한 방식으로 RNA 분자가 스스로 복제되도록 만들지 못했다는 것입니다.

오늘날 생물학에서처럼 복잡한 효소에 의존해서 이를 수행할 수는 없습니다. 훨씬 더 간단한 해결책이 필요합니다. 우리가 설계한 변화하는 조건은 자연적으로 발생할 수 있습니다. 예를 들어, 밤과 낮의 온도 순환이나 뜨거운 암석과 차가운 대기가 만나는 지열 환경에서도 발생할 수 있습니다.

"우리가 사용한 RNA의 삼중체 또는 세 글자 구성 요소인 트리뉴클레오타이드는 오늘날 생물학에서는 존재하지 않지만, 복제가 훨씬 용이합니다. 초기 생명체는 우리가 알고 있는 어떤 생명체와도 상당히 달랐을 가능성이 높습니다.

"우리가 구축하려는 생물학적 종의 모델은 초기 지구의 화학에서 나온 것처럼 충분히 간단해야 합니다."

이 논문은 화학에만 초점을 맞추었지만, 연구팀은 자신들이 만들어낸 조건이 담수 연못이나 호수의 조건과 유사할 가능성이 있으며, 특히 지구 내부의 열이 표면으로 도달하는 지열 환경에서는 더욱 그렇다고 밝혔습니다.

그러나 소금의 존재는 냉동 과정을 방해하고 RNA 구성 요소가 RNA 가닥을 복제하는 데 필요한 농도에 도달하는 것을 방해하기 때문에 소금물을 얼리고 녹이는 과정에서는 RNA 복제가 일어날 수 없습니다.

연구진은 증발을 통해서도 RNA의 농도가 높아질 수 있다고 밝혔습니다. 예를 들어, 높은 온도에서 웅덩이가 증발하는 것과 같습니다. 하지만 RNA 분자는 고온에서는 불안정해지고 분해될 가능성이 더 높다고 합니다.

생명의 기원은 RNA만으로 설명될 수 없으며, RNA, 펩타이드(단백질의 구성 요소인 짧은 아미노산 사슬), 효소, 그리고 이러한 성분을 주변 환경으로부터 보호할 수 있는 장벽 형성 지질의 조합으로 생겨났을 것으로 생각됩니다.

UCL과 MRC 분자생물학 연구실(LMB)의 여러 연구원들이 생명의 기원에 대한 단서를 밝혀내고 있습니다. 최근 존 서덜랜드 박사(LMB)와 매튜 파우너 교수(UCL 화학)가 이끄는 연구팀은 화학 반응을 통해 뉴클레오타이드(RNA와 DNA의 구성 요소), 아미노산과 펩타이드(단백질의 구성 요소), 단순 지질, 그리고 일부 비타민의 전구체 등 생명 기원의 핵심 분자들을 초기 지구에 풍부했을 것으로 추정되는 단순 분자 구성 요소로부터 어떻게 만들어낼 수 있는지 보여주었습니다.

최근 연구는 영국 연구 및 혁신(UKRI)의 일부인 의학 연구 위원회(MRC)와 왕립 학회, 폭스바겐 재단의 지원을 받았습니다.

출처: https://www.sciencedaily.com/releases/2025/05/250528132057.htm